С Днем шахтера!


Робот за рулем

«Интеллектуальные карьеры», «умные машины» и безопасное будущее


Многотонные машины, сотворенные человеком, но без малейшего его присутствия, деловито отправляются в глубокую трещину. Неутомимые труженики карьеров, несмотря на непогоду и препятствия на пути, они стремятся забрать и доставить груз по назначению. Гордые, одинокие, грандиозные и сами себе на уме. Еще лет десять назад такая картина могла стать сценарием фантастического фильма (или фильма ужасов). Сегодня это уже реальность. Машины не только управляются автоматикой, но и сами выполняют работу в горнодобывающем комплексе.

Конечно, произведения фантастов — миры будущего, в которых описываются полностью роботизированные опасные производства — пока еще остаются фантазией. Но далеки ли времена, когда умная техника полностью заменит человека?

Этапы воплощенной фантастики

Последние несколько лет реальная возможность вывести людей за границы опасных производств будоражит умы ученых и журналистов. Года два назад сразу из нескольких стран появляются сообщения об экспериментах на действующих производствах, где начинают внедрять робототизированную технику. Подобные новости перестают удивлять читателей. Уже сегодня существующие системы автоматизации производства могут существенно повысить производительность труда, сократить расходы на ремонт и обслуживание оборудования, повысить безопасность работников. Автоматизация особенно важна на вредных и опасных производствах, в частности в угольной отрасли.

Специалисты говорят о полном поэтапном выведении человека из производственного процесса. Первый этап — применение дистанционно управляемого технологического оборудования — мы наблюдаем сегодня.

Самое очевидное направление, по которому уже пошли многие компании, — организация автоматизированной системы транспортировки добываемого материала. Сегодня умные машины, которыми руководят специальные компьютерные программы, становятся все более незаменимыми помощниками человека на производстве. Машины-роботы, которыми можно управлять на расстоянии, действующие в опасных для жизни условиях, во время пожаров, наводнений, на зараженной местности, на других планетах, будут актуальными до момента, когда появится реальная возможность воплотить еще одну мечту человечества — искусственный интеллект.

Опасения о неизбежном удорожании оборудования при переходе на дистанционно управляемые или автономные машины оказались не столь существенны. Опыт показал, что этот недостаток быстро компенсируется ростом производительности. Отмечается, что средняя скорость движения автономных карьерных самосвалов практически вдвое выше, чем у управляемых человеком машин.

Следующая ступень на пути к идеальному будущему: создание техники, обладающей элементами искусственного интеллекта. Тогда машина-робот сама будет принимать решения в соответствии с имеющейся информацией и алгоритмами действий.

Komatsu и «Рудник будущего»

В 2008 году японская Komatsu совместно с британо-австралийской Rio Tinto Group запустила несколько роботизированных машин в одном из карьеров Пилбара (Западная Австралия). Rio Tinto приступила к реализации проекта фантастического «Рудника будущего».

В 2015 году здесь же на полную мощность заработала линия перевозки всего добываемого материала (железной руды) с помощью дистанционно управляемых самосвалов. Стратегический проект, в котором впервые в мире осуществляется крупномасштабное коммерческое развертывание системы безоператорных перевозок, проходит по соглашению между компаниями Komatsu и Rio Tinto. Эти автономные самосвалы передвигаются в сложных условиях разрабатываемого месторождения без водителя и рассчитаны на перевозку 290 тонн полезного груза в виде вскрышной породы и руды.

По сообщениям «Новостей АВС» (австралийская радиовещательная корпорация) горнодобывающий гигант Rio Tinto сегодня использует более 150 таких грузовиков на своих рудниках Yandicoogina и Nammuldi. Машинами управляют операторы из центра в Перте, в 1200 км от места добычи. Маршрут заложен в навигационную систему роботов, и они могут практически самостоятельно маневрировать по шахтам. 24 часа в сутки, 365 дней в году, без водителя, который нуждается в выходных и обеденных перерывах. По оценкам отраслевых инсайдеров, каждый грузовик может сэкономить около 500 рабочих часов в год.

В 2015 году Rio Tinto протестировало «в поле» роботов-бурильщиков, которые готовят скважины для закладки взрывчатки. Получив команду от операторов, которые выбирают площадки для проведения работ, робот загружает взрывчатку, собирает данные с участка и передает на главный компьютер. Предполагается, что в перспективе эти роботы смогут указывать точное место бурения и бурить вертикальные тоннели с точностью до миллиметра.

Проект «Рудник будущего» нацелен на то, что роботы будут сами не только бурить шахты, вести взрывные работы, но и добывать руду, сортировать ее, отличая отходы. Автоматические самосвалы и поезда будут самостоятельно транспортировать сырье на перерабатывающие предприятия, где уже другое оборудование примет и переработает руду. И вся техника, используемая в производстве, будет дистанционно управляться из Перта.

Развиваться в этом направлении заставила жизнь. В условиях постоянного обесценивания стоимости добычи техническое преимущество перед конкурентами для недропользователя играет важную роль. Аналитик Bell Potter Securities Джулиано Сала Тена отметил, что срочное внедрение беспилотной техники на австралийских рудниках обусловлено высокой конкурентной борьбой с добывающими железную руду компаниями в других странах.

Система автономных грузоперевозок Komatsu, получившая название FrontRunner, впервые была задействована на медных рудниках компании Codelco в Чили в 2005 году. То есть 12 лет уже прошло с того момента, как первые самосвалы-роботы появились на медных карьерах. На той ступеньке развития технологий присутствие человека в кабине было еще необходимо. Но электроника в горных машинах постоянно эволюционирует, в некоторых случаях полностью принимая управление на себя. Если грузовики модели 930E, используемые Rio Tinto, все еще похожи на обычные грузовики (они имеют водительскую кабину), то не так давно компания Komatsu представила вниманию общественности свой новый беспилотный самосвал массой целых 186 тонн. И эта громадина… полностью лишена водительской кабины. Что позволило внести некоторые кардинальные изменения в конструкцию агрегата и оптимизировать распределение веса груза.

Автоматизация в КНР

Китай — крупнейший в мире производитель и потребитель угля — печально известен регулярными инцидентами на угольных шахтах, которые ежегодно приводят к гибели тысячи горняков. Безопасность угольных шахт в Китае считается одной из самых низких в мире, поэтому возможность и экономическая целесообразность внедрения безлюдной выемки угля стоит перед китайскими промышленниками очень остро.

Правительство Китая намерено в течение 2017 года закрыть на территории страны более 500 старых угольных шахт, одновременно повысив уровень технологий на угольном производстве.

Одним из таких прорывов считается сотрудничество китайских угольщиков с немецкой компанией EEP Elektro-Elektronik Pranjic. За последние десять лет она поставила и ввела в эксплуатацию на шахтах КНР более 60 комплектов современного автоматического управления для подземной добычи угля. В этом случае наблюдение за работой комбайнов ведется с помощью камер в реальном времени с передачей сигнала по оптическому волокну. Как правило, подземный персонал требуется только для контролирования процесса добычи и при выполнении ремонта.

Впервые эта технология полностью безлюдной выемки угля была использована концерном China National Coal Group Corp. (CME) на шахтах Tang Shan Gou и Nan Liang. Это комплексная автоматизация управления процессами выемки угля на пластах малой мощности в комбайновой и струговой лавах.

«Оба проекта, — пишет Ганг Сонг, д.т.н, EEP Elektro-Elektronik Pranjic GmbH (журнал «Уголь» 2, 2016), — по полной автоматизации процесса выемки угля являлись пилотными в КНР и были успешно реализованы горными инженерами концерна СМЕ совместно с инженерами и сервисным персоналом компании EEP Elektro-Elektronik Pranjic. Проект шахты Tan Shan Gou показал, что при соответствующем подборе оборудования комбайновой лавы возможна эффективная отработка пластов малой мощности в полностью автоматическом режиме. Полная автоматизация процесса выемки угля позволила дополнительно добыть на шахте Tan Shan Gou 354 000 тонн за год с одновременной оптимизацией численности горнорабочих.

Проект шахты Nan Liang показал, что при соответствующих горно-геологических условиях, таких как на этой шахте, струговая выемка угля может быть также полностью и эффективно автоматизирована. Производительность струговой лавы составила 2 000 тонн в смену при 150-метровой длине лавы. Шахтами предъявлялись различные требования к программному обеспечению по измерению, управлению и регулировке параметров технологического процесса. За счет сокращения персонала на местах повысилась экономическая эффективность производства и параллельно с этим улучшились стандарты безопасности производства. Эти достижения нашли признание в кругах китайских экспертов, и обе шахты были номинированы на премию за развитие и внедрение новых технологий».

Новый вид на Бингам

Если есть желание и возможности, то уже сегодня любому любопытствующему можно увидеть новейшие технологии в действии.

Бингам — крупнейший действующий горнопромышленный рудник открытого типа. Добывают здесь медь, молибден, золото и серебро с 1863 года, и разработка продолжается по сей день. Карьер глубиной 1,2 километра и шириной 4 километра объявлен национальным историческим достоянием США и стал местом туристического паломничества.

После того как весной 2013 года здесь произошел катастрофический оползень, заставивший прекратить многие виды работ, администрация компании (Kennecott Utah Copper/Rio Tinto) стала использовать автоматизированное управление экскаваторами, бульдозерами и другим оборудованием в местах с нестабильным грунтом. Использование робототизированных машин помогло компании проводить работы в местах с крутыми, и более опасными участками (с последующим безопасным доступом машин, управляемых людьми).

Лава-робот в Полысаево

Уникальный для угольной отрасли России эксперимент начался в августе 2015 года на шахте «Полысаевская». ОАО «СУЭК-Кузбасс» объявило о пуске новой лавы, в которой впервые была применена технология, позволяющая вести безлюдную выемку угля. В основе этой системы — совместная разработка специалистов ОАО «СУЭК-Кузбасс» и двух немецких производителей горно-шахтного оборудования Marco и Eickhoff.

Пилотный проект подразумевает, что контроль и управление забойным оборудованием осуществляется оператором из соседнего штрека благодаря использованию многочисленных датчиков, установленных на комбайне, силовой гидравлики секций крепи, а также специальных видеокамер, в том числе работающих в инфракрасном диапазоне. Компьютерная программа способна полностью в автоматическом режиме определять и производить наиболее эффективное движение комбайна, задвижку секций крепи, работу забойно-транспортного комплекса.

Для эксплуатации данной и последующих лав на шахте был введен новый поверхностный технологический комплекс отработки запасов угля в новом блоке, включающий надшахтное здание, наклонный ствол с конвейерной галереей, угольный склад и весовую. Для транспортировки угля из забоя на склад была смонтирована новая конвейерная линия общей протяженностью пять километров с шириной ленточного полотна 1 200 мм.

Уже через несколько месяцев после запуска стало известно, что «используя приобретенное оборудование, очистная бригада Александра Завьялова вышла на стабильный ежемесячный уровень добычи из одной лавы более 280 тысяч тонн угля. Такого не было за всю историю «Полысаевской», — сообщила служба по работе со СМИ ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Интеллектуальное предприятие

Как видим, промышленники и ученые нашей страны стараются не отставать от времени, которое диктует современные правила эффективности и безопасности. Сегодня в России определенные надежды связывают с реализацией отечественной программы «Интеллектуальное горное предприятие» (Межведомственная секция Научного совета РАН по проблемам горных наук). Так, проект «Интеллектуальный карьер» работает над системой, предназначенной для реализации безлюдной работы всего горного оборудования карьера (экскаваторов, самосвалов, погрузчиков и другой техники) в автономном режиме и в режиме дистанционного управления.

В 2013 году широкой публике впервые был продемонстрирован роботизированный беспилотный БелАЗ, который имитировал работу реального карьерного транспорта, двигаясь по заданным траекториям. Через два года на конференции «БЕЛАЗ-2015. Развитие в реальном времени» разработчики показали прототип автономного самосвала, способного выполнить весь производственный цикл: выход на маршрут с условной площадки пересменки, движение к погрузчику, остановку для погрузки, движение груженым на разгрузку, разгрузку и возврат на исходную точку. Роботизированный «КамАЗ» успешно прошел многочисленные испытания на полигонах МЧС и испытательных площадках ПАО «КамАЗ». В 2016 году ученые приступили к разработке дистанционно управляемого бульдозера на базе «Четра-Т35». Следующим шагом «Интеллектуальный карьер» обозначил переход от прототипов к промышленным образцам.

Руководителям предприятий, специалистам становится ясно, что для развития отрасли автоматизация хоть и не «панацея от всех бед», которые могут возникнуть в процессе работы предприятия, но, скорее, трамплин для нового витка эволюции всей горнодобывающей отрасли.

Евгения Райнеш


СГИ Тимофеева